Устройство для удержания термоядерной плазмы

 

Изобретение относится к области термоядерной энергетической технологии, в частности к термоядерным устройствам с магнитным удержанием, и может быть использовано при создании энергетического термоядерного реактора. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности устройства. Устройство содержит прямолинейные цилиндрические элементы 1 и 2, диаметр D<SB POS="POST">1</SB> элемента 1 превосходит диаметр D<SB POS="POST">2</SB> элемента 2 так, что выполняется условие 1,5D<SB POS="POST">2</SB>≤D<SB POS="POST">1</SB>. Магнитные поля, создаваемые катушками 10 соленоида, размещенными на первом и втором прямолинейных цилиндрических элементах, имеют напряженности, соответственно, В<SB POS="POST">1</SB> и В<SB POS="POST">2</SB>°, удовлетворяющие условию 2В<SB POS="POST">1</SB>≤В<SB POS="POST">2</SB>°. Средства утилизации термоядерной энергии размещены на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, а средства создания и нагрева плазмы размещены на втором прямолинейном цилиндрическом элементе. В качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы 7 и 8, размещенные на концевых участках первого или второго прямолинейного цилиндрического элемента.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ивЯ0<ш 1 5 82 ц11 4 G 21 В 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4259058/24-25 (22) 09.06.87 (46) 15.09.89. Бюл. У 34 (72) Ю,С. Максимов (53) 533.9(088.8) (56) Глаголев В,М, и др, Труды

Х Европ. конф, по УТС и физике плазмы. Доклад Е-8, М,, 1981 (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ ТЕРМОЯДЕРНОЙ ПЛАЗМЫ (57} Изобретение относится к термоядерной энергетической технологии, в частности к термоядерным устройствам с магнитным удержанием, и может быть использовано при создании энергетического термоядерного реактора, Цель-изобретения — упрощение и повышение надежности устройства. Устройство содержит прямолинейные цилиндрические элементы 1 и 2, диаметр

Изобретение относится к термоядерной энергетической технологии, в частности к термоядерным устройствам с магнитным удержанием, и может быть использовано при создании энергетического термоядерного реактора.

Цель изобретения — упрощение и повышение надежности.

На фиг. 1 изображено устройство для удержания термоядерной плазмы, вид сверху; на фиг. 2 — то же, поперечное сечение; на фиг, 3 — эпюра продольного магнитного поля в устройстве для удержания термоядерной плазмы.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 прямолинейные цилиндричес2

d, элемента 1 превосходит диаметр dz элемента 2 так, что выполняется условие 1,5 d 6 d Магнитные поля, создаваемые катушками 10 соленоида, размещенными на первом и втором прямолинейных цилиндрических элементах, имеют напряженности, соответственно

В и В, удовлетворяющие условию т

2В (В . Средства утилизации термо1 2. ядерной энергии размещены на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, а средства создания и нагрева плазмы размещены на втором прямолинейном цилиндрическом элементе. В качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы 7 и 8, размещенные на концевых участках первого или второго прямолинейного цилиндрического элемента, 2 з.п.ф-лы, 3 ил, кие элементы, первый 3 и второй 4 криволинейные равновесные элементы, первый 5 и второй б переходные конические элементы, первый 7 и второй

8 тороидальные диверторы, средства

9 создания плазмы (пеллет †инжект), катушки 10 соленоида продольного поля, блок 11 нагрева плазмы (СВЧизлучатель), блок 12 нагрева плазмы (ВЧ-антенна), блок 13 нагрева плазмы (инжектор быстрых атомов дейтерия), средства 14 утилизации термоядерной энергии (бланкет) ° На фигурах также показаны продольная ось

15 симметрии устройства, магнитная ось 16 устройства, крайние магнитные силовые линии 17.

1508288

Устройство работает следующим образом.

При оптимальных значениях величины магнитных полей в первом 1 и втором

2 прямолинейных цилиндрических элементах, представляющих соответственно реакторное плечо (P-плечо) и технологическое плечо (Т-плечо), в криволинейных равновесных элементах

3 и 4, а также при задании необходимого давления рабочего газа и наложения мощного импульса ВЧ- или СВЧизлучения, в средней части второго прямолинейного цилиндрического элемента 2 (Т-плеча) создается бестоковая плазма со следующими параметрами. Средняя плотность N =(3-8)» с -з е и 10 см плазмы, температура Т и е

=(2-8) 10 эВ электронов, температура Т = (1, 5-2) 10 эВ ионов, Последующий нагрев плазмы до температуры ионов Т; =10 кэВ реализуется либо введением дополнительной ВЧ-мощности в альфвеновеколи, нижнегибридном 25 или ионноциклотронном диапазонах, либо мощной инжекцией пучков быстрых атомов дейтерия. Горячая, очищенная от примесей в первом 7 и втором 8 тороидальных диверторах, плазма постоянно растекается в обе стороны из второго прямолинейного цилиндрического элемента 2 (Т-плеча) и, проходя вдоль силовых линий, занимает объем первого прямолинейного цилиндричес35 кого элемента (P-,.и-..еча), накапливаясь в нем как в основной .ловушке.

Электромагнитная система технологического плеча, размещаемого на втором прямолинейном цилиндрическом элементе 2, составлена с таким подбором катушек с заданными значениями чисел витков в них, что в этом плече устанавливается длинная магнитная пробка в виде монотонно спадающеи на 45 пряженности магнитного поля от его середины вплоть до переходных конических элементов 5 и 6 реакторного плеча, Возможность независимого равновес- ного существования плазмы в двух плечах и двух криволинейных равновесных элементах позволяет функционально разделить элементы устройства, в котором. одно плечо (Р-плечо), размещенное в первом прямолинейном цилиндри55 ческом элементе 1, выполняет реакторно-энергетические функции, а другое плечо (Т-плечо) выполняет технологические функции, являясь генератором .и "поставщиком" горячей, очищенной от примесей плазмы. То обстоятельство, что устройство по своей физической сущности не имеет ограничений на длину прямолинейных участков, позволяет в случае неравноплечей системы выбирать оптимальные величины длин и диаметров P- и Т-плеч при выполнении основного критерия, состоящего в том, что эффективное время удержания и

1з для системы в целом должно быть достаточно большим. Это условие для неравноплечей системы с основным

P-плечом достигается, когда объем ппазмы P-плеча существенно больше суммарного объема Т-плеча и криволинейных равновесных элементов, что приводит к соотношению для диаметров

d, первого цилиндрического прямолинейного элемента и d второго цилиндрического прямолинейного элемента:

1,5й Ы . Высокие значения параметра 0,5, представляющего отношение газокинетического давления плазмы к давлению магнитного поля, необходимое для достижения высокой энергетической эффективности реактора, приводит к соотношению для магнитных полей в первом и втором прямолинейных цилиндрических элементах

2В„< где  — напряженность магнитного поля в первом цилиндрическом прямолинейном элементе, а  — напряженность магнитного поля в середине второго прямолинейного цилиндрического элемента.

Относительно низкие значения параметра, возникающие в криволинейных равновесных элементах, позволяют выполнять эти элементы круглого сечения и значительно упростить их конструкцию.

Формула изобретения

1, Устройство для удержания термоядерной плазмы, содержащее размещенные внутри аксиально-симметричных катушек соленоида продольного магнитного поля первый и второй прямолинейные цилиндрические элементы, соответствующие торцы которых через соответственно первый и второй, третий и четвертый переходные конические элементы, а также первый и второй криво-1 линейные равновесные элементы соедическом элементе и, соответственно, о .с напряженностью В в середине втоа рого прямолинейного цилиндрического элемента, удовлетворяют условию

2В, ВО, при этом средства утилизации термоядерной энергии размещены на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, а средства создания и нагрева плазмы размещены на втором прямолинейном цилиндрическом элементе, 2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы, размещенные на концевых участках первого прямолинейного цилиндрического элемента.

3. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в качестве средств очистки плазмы от примесей используются первый и второй тороидальные диверторы, размещенные на концевых участках второго прямолинейного цилиндрического элемента.

5 1508288 иены между собой, средства создания, нагрева и очистки плазмы от примесей, утилизации термоядерной энергии, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, диаметр 6 первого прямолинейного ци1 линдрического элемента выбран превосходящим диаметр d второго прямолиа нейного цилиндрического элемента, так что выполняется соотношение 1,5d -d, и э катушки соленоида продольного магнитного поля, размещенные на первом прямолинейном цилиндрическом элементе, выполнены создающими однородное магнитное поле с напряженностью В, катушки соленоида продольного магнитного поля, размещенные на втором прямолинейном цилиндрическом элементе, выполнены таким образом, что созда- 20 ваемое ими магнитное поле уменьшается от середины второго прямолинейного цилиндрического элемента к его торцам, а создаваемые катушками соленоида магнитные поля с напряженностью 25

В в первом прямолинейном цилиндри1508288

Составитель Р, Иванов

Редактор Ю. Петрушко ТехредЛ.Сердюкова Корректор В. Гирняк

Заказ 7823 Тираж 370 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101