Устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термоядерную установку

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ ТАБЛЕТОК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТЕРМОЯДЕРНУЮ УСТАНОВКУ, содержащее криостат , помещенную в корпус и сообщаю . щуюся с криостатом и ускоряющим устройством металлическую обойму с отверстиями, отличающеес я тем, что, с целью повьшения эффективности ввода топлива в термоядерную установку путем повышения частоты инжекции таблеток, оно снаб .жено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относиI тельно другой, в каждой пластине выполнено по три отверстия равного СП диаметра, образующих каналы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3481113/18-25 (22) 10.08.82 (46) 15. 11.85. Бюл. и 42 (72) В.И.Курносов, Е.И.Скибенко и В.Б.Юферов (53) 62 1.039.6 (088.8) (56) 1. Solid Hydrogen Pellet Injec-

tion in to the 0RMAK Tokamak "Nuclear

Fusion, 17, Р 5, р. 1067-1076, 1977.

2. Fortl J, et al. "Gryostats for

the production and acceleration of

deuterium pellets for use in nuclear

fusion рlants". Procudings of the;

8 Хп егпаСiопа1 Vacuum Congress, v. Il, France р. 132-135, 1980.. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ

ТАБЛЕТОК ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ТЕРМОЯДЕРНУЮ УСТАНОВКУ, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщаю, щуюся с криостатом и ускоряющим устройством металлическую обойму с отверстиями, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения эффективности ввода топлива в термоядерную установку путем повьппения частоты инжекции таблеток, оно снаб.жено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относительно другой, в каждой пластине вы полнено по три отверстия равного диаметра, образующих каналы.

1102389 2 вом.

10 !

20

30 или круга

40

50

Изобретение относится к плазмен- ной технике, а точнее к устройствам .для ввода топлива в плазменные ловушки, и может быть использовано при разработке и создании крупных термоядерных. установок.

Известно устройство (1) для инжекции крупинок твердого топлива в

° термоядерную установку, содержащее криостат с жидким топливом, реактивное сопло, .ускоряющую трубку и выход, ной ствол. Скорость инжекции частиц твердого топлива в таком устройстве

Ф составляет около 10 см/с.

Однако для эффективного проникновения твердых крупинок топлива в

IIJIasMeHHblA шнур .крупных токамаков и стеллараторов необходимы скорости

6 инжекции порядка !0 см/с..При меньших скоростях инжекции испарение и ионизация твердых частиц происходит на периферийных, холодных слоях плазмы, что приведет к уменьшению плотности центральной,. наиболее нагретой, части плазмы эа счет диффузии частиц поперек .плазменного шнура к стенке. Кроме того, для поддержания материального баланса плазмы термоядерной установки необходима либо инжекция крупинок, содержащих более 107 от общего числа частиц плазмы (т.е. крупинок большого диаметра), либо увеличение частоты их инжекции. Но ускорение частиц большого диаметра представляет собой трудную задачу вследствие недостаточной механической прочности твердого топлива с одной стороны, а с другой стороны инжекция крупных .таблеток может привести к серьезным нарушениям устойчивости разряда.

Следовательно, к инжектору крупинок твердого топлива предъявляются требования одновременного обеспечения многократности инжекции крупинок в секунду и сверхвысоких скоростей ,инжекции.

Известно устройство для получения и ускорения дейтериевых таблеток, используемых в установках термоядерного синтеза, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криостатом металлическую обойму с отверстиями и ускоряющее устройство (2j, принятое за прототип. B таком устройстве удалось повысить скорость таблеток дейтерия при входе их в плазменный объем до 10 м/с.

Однако частота инжекции. крупинок твердого дейтерия в этом устройстве ограничена временем перемещения вращающейся обоймы от места старта таблетки к месту последующего заполнения обоймы твердым топлиЦелью изобретения является повышение эффективности ввода топлива в термоядерную установку путем увеличения частоты инжекции твердых таблеток иэ устройства в термоядерную установку.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для инжекции таблеток твердого топлива в термоядерную установку, содержащее криостат, помещенную в корпус и сообщающуюся с криостатом и ускоряющим устройством металлическую обойму с отверстиями, снабжено криостатом, обойма выполнена в виде пакета пластин, имеющих возможность перемещения одна относительно другой.

В каждой иэ пластин выполнено по три отверстия равного диаметра, образующих каналы. Пластины в пакете могут иметь форму прямоугольника

На фиг. 1 изображено устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде прямоугольника; на фиг. 2 устройство, в котором пластины пакета выполнены в виде круга, на фиг. 3 — то же, вид сверху.

Пакет пластин 1 расположен в ме— таллическом корпусе 2. Криостаты 3 с находящимся в них твердым топливом

4 сообщаются с каналами 5 и 6. Снару- . жи на криостаты 3 и íà корпус- 2 напаяны теплообменники 7 в виде трубчатой спирали, по которой прокачивается жидкий гелий. В верхней части криостатов располагаются поршни 8 и

9, при помощи которых твердое топливо подается в каналы 5 и 6.

Пластины 1 и корпус 2 имеют по три равноудаленных друг от друга отверстия, расположенных на одной оси. В варианте предлагаемого уст-. ройства (фиг.2) отверстия одинаково удалены от оси вращения диска и расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Отверстия образуют каналы 5 и 6 для ввода топлива и канал 10 дл ускорения движения

1102 таблеток твердого топлива. С кана-. лом 10 сообщается ускоряющее устройство 11, например электронная пушка.

Устройство работает,.следующим об-, разом.

При подаче жидкого гелия в теплообменники 7 корпус 2 и криостаты 3 охлаждаются, по достижении рабочей температуры (5 К) в криостатах 3 отверждается топливо 4, например дейтерий или тритий. При помощи поршня 8 твердое топливо заполняет канал 5, канал 6 при этом остается свободным. Затем верхняя пластина пакета 1 перемещается вправо на . длину, равную расстоянию между каналами 5 и 10. При этом отверстие верхней пластины, заполненное твердым топливом, устанавливается в р0 ускоряющем канале 10, а отверстие, ранее сообщающееся с каналом 10, совмещается с каналом 6. Включается ускоряющее устройство и таблетка

TBepporo топлива выстреливается в плазменный объем термоядерной установки. Одновременно с включением ускоряющего устройства поршень 9 начинает выдавливать .твердое топливо в канал 6. Затем последовательно, одна за другой, перемещаются вправо остальные пластины пакета и также

30 последовательно. выстреливаются в канале 10.переносимые пластинами таблетки, заполнявшие ранее канал 5.

За .это время происходит заполнение

35 твердым топливом канала 6, причем скорость этого заполнения выбирается такой, чтобы в момент, когда в канале 10 установится таблетка 11 -й пластины, в канале 6 заполнилась тоцливом (11-1)-я пластина. После вы-. стреливания последней (И-й) таблетки заполняется топливом полностью, канал 6, и устройство возвращается в исходное состояние, с той лишь . разницей, что теперь все пластины . перемещены вправо и канал 6 запол нен топливом, а канал 5 свободен.

Затем устройство продолжает работать в обратнбм порядке и так далее.

Устройство, изображенное на фиг.2 работает аналогично. Устройство отличается тем, что обойма в нем набра- на из круглых дисков 1, и подача топлива из каналов 5 и 6 в канал 10 tl 1 юоио >,u ——

t(„1 4

3й" 45 1

Следовательно, частота инжекции таблеток твердого топлива в предлагаемых устройствах возрастает в три раза по сравнению с прототипом (при

И У 1), что приведет к повышению эффективности ввода топлива в.термоядерную установку.

Применяя те же обозначения и масштаб для прототипа, имеем

389 . 4 осуществляется за счет вращения каждого диска вправо и влево вокру1 своей оси на угол, равный угловому расстоянию между каналами 5 и 10 или 6 и 10.

Оценим частоту инжекции таблеток твердого толпива в предлагаемом устройстве. Время, затрачиваемое на работу одного цикла (инжекции

И таблеток) устройства, составит

"(н Bl < ). р где Л вЂ” число пластин (дисков), время перемещения каждой пластины (диска) на расстояние между каналами 5 и 10 (или 6 и 10); в — время действия ускоряющего устройства; — время заполнения топливом отверстия одной пластины..

Последний член в правой части равенства обусловлен тем, что, как уже указывалось, скорость подачи поршней 8 и 9 выбирается такой, чтобы заполнение канала 6 (5) запаздывало относительно времени действия одного цикла работы устройства на величину 4 у. Причем для нормальной работы устройства необходимо, чтобы в противном случае либо часть топлива будет теряться (f y <.4 ), либо процесс .заполнения каналов 5 или 6 будет отставать (t p ) 4 „ ), что приведет к снижению эффективности работы устройства.

По †видимо, h « k„ H HM мoжнo пренебречь, тогда 1 = д (и+t) а частота инжекции

1102389

ЦЪг. Г

Корректор. Г. Решетник

Редактор Л,Утехина Техред А.Кикемезей

Заказ 7036/3 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.. Ужгород,, ул. Проектная, 4