Схема питания сверхпроводящей обмотки тороидального поля термоядерной установки токамак

 

СХЕМА ПИТАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК по авт. свид. № 711889, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности работы установки, кажд,ый резистор выполнен из низкоуглеродистой стали и масса проводника резистора выбрана таким образом, чтобы к концу выделения энергии активное сопротивление резистора ,увеличилось в 1,5-2 раза.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (31) (51)4 6 21 В 1/00

: /

: м1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 711889 (21) 3700482/24-25 (22) 13.02.84 (46) 07. 10. 85. Бюл. У 37 (72) Е.В. Корнаков, Ф.М. Спевакова и А.М. Столов (53) 533.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 711889, кл. Ь 21 В 1/00. (54)(57) СХЕМА ПИТАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ ОБМОТКИ ТОРОИДАЛЬНОГО ПОЛЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ УСТАНОВКИ ТОКАМАК по авт. свид. Ф 711889, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности работы установки, каждый резистор выполнен из низкоуглеродистой стали и масса проводника резистора выбрана таким образом, чтобы к концу выделения энергии активное сопротивление резистора,увеличилось в

1,5-2 раза. 4

1153708 где R — где 1, где щ— л L

И4

Изобретение относится к установкам, предназначенным для получения управляемой термоядерной реакции.

Известна схема питания сверхпроводящей обмотки тороидального поля тер- S моядерной установки токамака (Ij, в которой источник постоянного тока подключен к цепи, образованной последовательно-поочередным соединением секций сверхпроводящей обмотки и раз-10 мыкателей, причем каждая из секций сверхпроводящей обмотки шунтирована двумя последовательно соединенными резисторами с одинаковым активным сопротивлением и общая точка этих ре- IS зисторов заземлена. Применение резисторов, шунтирующих секции обмотки, позволяет осуществить сравнительно быстрый вывод электромагнитной энергии, накопленной в магнитной системе 20 при аварийном пере. соде части сверхпроводника в нормальное состояние.

Эффективность схемы вывода энергии характеризуется энергией, выделяющейся в обмотке в аварийном режи- 25 ме, при згпанном максимальном напряжении на обмотке, Эта энергия пропорциональна интегралу с=, а.

30 о где - ток секции сверхпроводящей обмотки.

Чем меньше величина k, тем эффективнее схема вывода, 35

Снижение тока происходит по экспоненциальному закону, при котором скорость вывода энергии резко уменьшается с уменьшением тока, Уменьшение скорости вывода энергии приводит к увеличению перегрева обмотки при аварийном выводе, возникновению дополнительных механических напряжений в обмотке и увеличению испарения жидкого гелия, что в конечном счете при прочих равных условиях снижает надежность работы установки, При экспоненциальном спаде тока л о () ток секции сверхпроводящей обмотки в начальный момент вывода; коэффициент самоиндукции секции сверхпроводящей обмотки; активное сопротивление двух резисторов, шунтирую-. щих секцию сверхпроводящей обмотки.

Целью изобретения является повышение надежности работы установки за счет снижения энергии, выделяющейся в сверхпроводнике при аварийном выводе.

Поставленная mesh достигается тем, что в схеме питания сверхпроводящей обмотки тороидального. поля термоядерной установки токамак по авт. свид. Р 711889 каждый резистор выполнен из низкоуглеродистой стати и масса проводника резистора выбрана таким образом, чтобы к концу выделения энергии активное сопротивление резистора увеличилось в 1,5-2 pasa, При таком выполнении резистора энергия, выделенная в обмотке, оказывается меньшей, чем вычисленная по выражению (1).

Рассмотрим процессы, происходящие в схеме,при выводе энергии в резистор, активное сопротивление которого возрастает под влиянием выделенной в нем энергии, Дифференциальное уравнение, описы- вающее контур вывода

a„

C — (1 =О, (2)

Jt где 1 (1) — активное сопротивление двух резисторов, шунтирующих секцию сверхпроводящей обмотки (1 .,(81 ° ." (3) активное сопротивление двух резисторов в начальный момент вывода; температурный коэффициент сопротивления проводящего ма териала резистора; температура проводящего материала резистора; энергия, выделенная в проводящем материале резистора о и с (4) масса проводящего материала резистора; удельная теплоемкость проводящего материала резистора

— (.) iã (5

4R(i) d 9f

dt dt

1153708

Подставляя (5) в (2), получаем и(, 3 --с) R, (6) Где Q $ R имеет место при

Р + <2 2) (7) 1 КС

1 3(

1, 2 е. — -е. "1

2 тто "о 2 ° 2 (9) о+

n1.

Когда вся энергия, накопленная в обмотке, выделится в резисторе, его сопротивление возрастает в К раз.

Из (Э) следует ю (КС 1) т о

W (10)

После подстановки (10)в(9) и преобразований получаем

Ы ткт

L о о где

Максимальное напряжение на зажимах обмотки

"а" 0 3 3(К -1) 2 (12) Составитель В. 17«»

Техред Л.Микеш Корректор Л,Пилипенко

Редактор Л.Утехина

Заказ 7015/1

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.Óæãoðoä, ул. Проектная, 4

Интегрируя (6), получаем

Из (2) и (7) следует

LD; И т: („, м. *;*I).

Из выражения (12) следует, что при (0

К « l. 61 — « Например, при (о м О ттс

k1*2 — I,08 (U1

К =3 — 141

"о макс

С учетом (11) выражение (14) тУ т.,*„,(. (... о 2 К о о е — „СС К -1

С

"о л

2 "o

При КС= 1,5 .К 1 2.0,8t т ° e° . поте ри уменьшаются на 19Х по сравнению с выражением (1)

2 "о

2 * — 0,69, но с учетом возрастания напряжения потери уменьшаются на 25,48Х по сравнению с выражением (1).

В пределе, если обеспечивается спад тока при постоянном напряжении, может быть достигнуто уменьшение потерь на 337, а следовательно, снижается зона распространения нормальной фазы проводника обмотки.

Таким образом, примение нелинейного сопротивления позволяет снизить потери в сверхпровднике и тем самым повысить надежность работы установки.