Термоядерная установка

 

ТЕРМОЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА, со держащая в качестве опорного элемен силовой каркас, магнитную систему, СОСТОЯ1ЧУЮ из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, раз емные бандажи, крепящие магнитную систему к силовому каркасу, винтову тороидальную вакуумную камеру, расп ложенную внутри магнитной системы, Ьредства для создания плазмы в ваку Ik Т СО 4 fputJ умной камере, о т л и ч а ю щ а я с я, тем, что, с целью упрощения конструкции , силовой каркас выполнен в виде кольца прямоугольного сечения с про-; точками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении , при этом казвдый бандаж выполнен в виде двух полуколец и снабжен размещенным в другой плоскости опорным ; выступом с пазом, выполненшФ под угг лом к вертикальной оси бандажа, при-г чем в направлении обхода силового : каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол ; между плоскостью полукольца бандажа и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются.

00O3 COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21,) . 3496356/18-25 (22) 04.04.82 (46) 07.02.88. Бюл. 9 5, (71) Московский инженерно-физический институт (72) С.Ф. Перелыгин (53) 533.9(088.8) (54) (57) ТЕРМОЯДЕРНАЯ УСТАНОВКА, содержащая в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разьемные бандажи, крепящие магнитную . систему к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и

",средства для создания плазмы в ваку7 х,SV„„ i >Oi OSZ (59 4 0 21 В 1/00 умной камере, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструк-. ции, силовой каркас выполнен в виде кольца прямоугольного сечения с проточками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении, при этом каждый бандаж выполнен в виде. двух полуколец и снабжен:pas-: мещенным в другой плоскости опорным выступом с пазом, выполненным под уг+ лом к вертикальной оси бандажа, при-, чем в направлении обхода силового каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол между плоскостью полукольца бандажа . и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются.

1101037

Предлагаемое изобретение относит ся к области термоядерного синтеза и может быть использовано при разработке установок управляемого термоядер- 5 ного синтеза.

Известна термоядерная установка стеллараторного типа с трехмерной магнитной осью, содержащая вакуумную камеру, средства создания и поддержа- 10 ния в ней плазмы, а также магнитную систему. Установка содержит восьмипериодный винтовой соленоид, смонти- рованный на вакуумной камере.

Недостатком такого решения явля- 15 ется то, что в качестве элемента, определяющего взаимное расположение катушек соленоида, используется вакуумная камера, которая из-за своей слож-, ной пространственной конфигурации . 20 не позволяет выдержать расчетную ориентацию витков соленоида. Кроме этого, ограниченная толщина вакуумной камеры.не может обеспечить желаемую прочность электромагнитн6й системы. 25

Вакуумная камера состоит из дискретных тороидальных секторов различной кривизны и поэтому катушки винтового соленоида на ней закреплены с различным смещением,. Это снижает техно- 30 логичность изготовления и сборки установки, усложняет юстировку катушек соленоида.

Ближайшим техническим решением к предложенному является термоядерная установка, содержащая в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разъемные бандажи, 40 обеспечивающие крепление магнитной системы к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы 45 в вакуумной камере. Силовой каркас установки выполнен в,виде винтовой тороидальной опоры (ВИНТОП) из сплошной (монолитной) без внутренних дефектов заготовки. По всему тору фрезируются плоские установочные пло-. щадки, которые относительно друг друга имеют угловые смещения в трех координатных направлениях. Ориентация площадок ВИНТОП должна быть выполнена с такой же степенью точности, которая требуется для стеллараторных магнитных систем. На этих площадках размещаются бандажи с катушками, образующие винтовой тороидальный соленоид.

Недостаток известного технического решения заключается в том, что силовой каркас установки в виде винтовой тороидальной опоры (ВИНТОП) очень труден в изготовлении. Главная сложность ВИНТОП вЂ” это фрезеровка плоских посадочных площадок, которые ориентированы в пространстве по трем направлениям. Существующие в настоящее время фрезерные станки без сложных специальных приспособлений с не- абходимой точностью изготовить такую деталь не могут. Для изготовления

ВИНТОП необходима специальная, очень большая заготовка в виде тора без внутренних дефектов, получение которой является сложной технологической проблемой.

Цель изобретения. — упрощение конструкции установки.

Поставленная цель достигается тем, что в термоядерной установке, содержащей в качестве опорного элемента силовой каркас, магнитную систему, состоящую из катушек, образующих винтовой тороидальный соленоид, разъемные бандажи, крепящие магнитную систему к силовому каркасу, винтовую тороидальную вакуумную камеру, расположенную внутри магнитной системы, и средства для создания плазмы в вакуумной камере, силовой каркас выполнен. в виде кольца прямоугольного сечения с проточками для крепления бандажей, ориентированными в радиальном направлении, при этом каждый бандаж выполней в виде двух полуколец и снабжен размещенным в другой плоскости опорным выступом с пазом, выполненным под углом к вертикальной оси бандажа, причем в направлении обхода силового каркаса в каждом бандаже угол между направлением паза в опорном выступе и вертикальной осью бандажа и угол между плоскостью полукольца бандажа и плоскостью опорного выступа монотонно изменяются. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет упростить изготовление силового каркаса: не используется монолитная и качественная заготовка в форме тора; вместо изготовления плоских площадок для установки бандажей с витками, одновременно ориентированных в трех координатных направлениях, на каркасе протачивается одна про1101037 точка, ориентированная в одном направлении, а два других направления перенесены на бандаж витка.

На фиг. 1 схематично показана система ориентации витков магнитной ловушки с пространственной осью; на фиг. 2 представлен общий вид термоядерной установки; на фиг. 3, 4 — силовой каркас установки; на фиг. 5 — 10 магнитная ловушка; на фиг. 6,7,8полукольцо бандажа магнитной ловушки в трех видах.

Вращением окружности радиусом г=О„A â плоскости, нормальной к оси 15 симметрии, по радиусу К=00„ (К 1, 2, 3,...) образована поверхность тора (фиг. 1), на которой расположена ось магнитной ловушки в виде винтовой линии с заданным числом периодов N.

На оси в .точках А„ находятся центры витков пространственного соленоида.

Вертикальная плоскость через точку

А и ось симметрии относительно плоск кости, выбранной как начальная (нуле-25 вая), образует угол с(„, который ориентирует виток соленоида в радиальном направлении. Радиус малой окружности r в точке А„ образует с плоскостью. в которой ле* т круговая ось 30 тора, угол Я„, определяющий положение центра витка соленоида в вертикальном направлении. Таким образом, углы Cf„ 8„, радиусы тора r u К указывают положение центра -Fo витка, т.е. точки А„ на оси ловушки. Ориен35 тацню витка соленоида вдоль оси магнитной ловушки определяет .угол g,„ образуемый плоскостью Q„ a плоскостью Т„, которая перпендикулярна оси

40 магнитной ловушки в точке А„. Эта ,точка А„ одновременно принадлежит плоскостям Ц„и Т„,. Их соответствующие нормальные векторы с, и ., вос-. становленные в точке А„, тоже образуют угол ф „ . Следует указать, что на первом полупериоде этот угол из-. меняется от О до 1Г/2, а на втором — . от к /2 до О. Таким образом, поворот .плоскости К-го витка в точке А„ иа угол ы„ обеспечивает витку положение, 50 при котором его плоскость будет направлена вдоль оси магнитной ловушки.

Термоядерная установка (фиг. 2) содержит инжектор 1 нейтральных час55 тиц, винтовой торондальньй соленоид

2, силовой каркас 3, блок 4 внутренней откачки.

Силовой каркас 3 установки (фиг. 3,4) выполнен в виде кольца прямоугольного сечения, круговая ось которого совпадает с осью торца (фиг. 1). На этом каркасе собирается магнитная ловушка. Проточки 5 на ней обеспечивают ориентацию бандажей с витками ловушки в радиальном направлении по углу q

На фиг. 5 показана собранная магнитная ловушка. Бандаж, состоящий из двух полуколец 6 и 7 с витком 8, своим опорным выступом 9 помещается в соответствующей -проточке 5 силового каркаса 3.

Хомутик 10 и винты 11 фиксируют положение бандажа на каркасе. Последовательный ряд установленных бандажей с витками образуют винтовой соле-, ноид магнитной ловушки, внутри кото-. рого размещаются изолирующие кольца

12 с винтовыми проводниками 13 и вакуумная камера 14. Одно из полуколец бандажа (фиг. 6-8) имеет опорный выстун 9 с пазом 15, направленный под углом Я„ к вертикальной оси бандажа.

Кроме этого, плоскость полукольца 6 повернута относительно плоскости опорного выступа 9 на угол М (фиг. 1)

Центр бандажа отстоит от центра. паза опорного выступа на расстоянии r.

Сборка установки производится сле- дующим образом. На силовом каркасе 3 закрепляются специальными хомутами

10 полукольца б бандажа с опорным выступом 9. В результате получается . винтовой желоб, в который укладываются винтовые проводники 13 и вакуумная камера 14, состоящая из секций и принимающая винтовую форму за счет сильфонных вставок. Перед укладкой в желоб отдельной секции вакуумной камеры необходимо произвести ряд поп;готовительных операций в следующей последовательности. На секции камеры прикреплены в процессе изготовления изоляционные кольца 12, фиксирующие ,положение камеры 14 внутри соленоида и положения винтовых проводников 13, придавая,нм определенную ориентацию.

На каждое изоляционное кольцо 12 на камере 14 надевается виток. Таким об- разом собранная секция укладывается в желоб и стыкуется со следующей, секцией камеры и так до полной сборки. Затем укладываются в изоляционное .кольцо 12 остальные винтовые проводники. В последнюю очередь присое1101037 диняются опорные полукольца бандажа.

Винты 16 стягивают оба полукольца бандажа.

Предлагаемая установка работает следующим образом. После приготовления рабочей смеси газов в вакуумной камере соленоид продольного поля подключается к источнику питания. К двум винтовым проводникам, расположенным 10 диаметрально, подключается конденсаторная батарея с энергозапасом, достаточным для ионизации газа и предварительного нагрева плазмы до

100 эВ посредством вихревого электрического поля, возникающего вдоль оси. Одновременно в винтовом соленоиде повышается магнитное поле до уровня удерживающего. В этот же момент включается система дополнитель-. 20 ного нагрева плазмы: СВЧ-генераторы и инжекторы нейтральных частиц. Далее происходит удержание плазмы с термоядерными параметрами.

В настоящее время создается термо- 25 ядерная установка с пространственной магнитной осью описанной конструкции..

Она имеет следующие параметры: большой радиус К=40 см, малый радиус

r 12 см, 5 = — =0,3. Угол(, опреде-, ляющий ориентацию витка в радиальном направлении, и угол Ц, определяющий положение витка соленоида в вертикальном направлении, монотонно изменяются на периоде от 0 до 2м . Угол

, определяющий ориентацию витка .вдоль оси магнитной ловушки, изменяется на периоде от 53 до 71 12.

Число периодов магнитной ловушки

N6. Для данной установки рассчитан-. ное значение Р (отношение газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля) составляет 227., угол вращательного преобразования на одном периоде равен 0,93 в ° .

Преимущество данного технического решения в сравнении с известным заключается в упрощении реализации: для изготовления силового каркаса используют простые кольца прямоугольного сечения; для изготовления ориентирующих площадок. на силовом каркасе не нужен очень сложный (видимо, уникальный) с тремя степенями свободы фрезерный станок или специальные трехкоординатные тиски, достаточно иметь широко распространенный фрезерный станок.

По сравнению с базовым обЪектом . предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами: более высокое. значение 8 ==223 (у базо-, вого объекта 8 =8,8X) и большое вращательное преобразование на периоде q =0,93 (в базовом .объекте К„- =

=0,65 » ), что существенно улучшает. условия удержания горячей плазмы; более простая конструкция силового каркаса; большая точность изготовления магнитной системы.

110103.7 б -Ю

1101037

Составитель Ю. Алмазов

Редактор Н. Сильнягина Техред М.Дидык Корректор И. Муска

Заказ 744 Тираж 395 Подписное

В ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4