Легкогазовый инжектор топливных макрочастиц для термоядерных установок
Изобретение относится к области инженерных проблем термоядерного синтеза и может быть использовано при создании систем подачи топлива в термоядерные установки. Целью изобретения является увеличение частоты инжекции легкогазовым инжектором. В устройстве, содержащем ствол, втулку, охлаждаемую гелием, систему подачи и ствол ускоряемого газа, систему дифференциальной откачки и систему напуска топливного газа, внутри охлаждаемой втулки расположена теплопроводящая пористая втулка с образованием между ним теплового контакта. Внутренняя поверхность пористой втулки совпадает с внутренней поверхностью ствола, а внешняя ее поверхность сообщается с системой подачи топливного газа. Длительность цикла формирования топливных макрочастиц в данном инжекторе составляет доли секунды. 1 ил.
Изобретение относится к области управляемого термоядерного синтеза и может быть применено при создании систем подачи топлива в термоядерные установки. Целью изобретения является увеличение частоты инжекции топливных макрочастиц. На чертеже показана схема устройства. Устройство содержит расположенные в вакууме ствол 1, втулку 2, охлаждаемую гелиевым теплообменником 3, систему 4 подачи в ствол ускоряющего газа с импульсным клапаном 5, систему 6 напуска топливного (например, водорода) газа через подводящую трубку 7 и клапан 8, пористую втулку 9, размещенную внутри втулки 2, систему 10 синхронизации, систему 11 дифференциальной откачки с клапаном 12 и ускоряемую макрочастицу 13. Легкогазовый инжектор работает следующим образом. Гелиевый теплообменник охлаждает втулку 2 и имеющую с ней хороший тепловой контакт пористую втулку 9 до температуры около 8 К. Открывается клапан 8 и по трубке 7 топливный газ (водород) при давлении 60 Торр (превышающем давление водорода в тройной точке, равное 54 Торр) подается через втулку 9 в ствол 1 с расходом 2,7 мг/с, соответствующим расходу топлива при инжекции в токамак макрочастиц диаметром 2 мм и длиной 2 мм с частотой 5 Гц. При расходе охлаждающего гелия через теплообменник 4 л/ч (в 50 раз большем расхода водорода) газообразный водород, проходя через пористую и хорошо охлаждаемую втулку с размером пор около 1 мкм будет замерзать в ней. Масса замерзшего водорода в порах, общий объем которых 1 см3, может составлять 90 100 мг, масса одной макрочастицы 0,5 0,6 мг. Характерные размеры втулки 2 могут быть, например, диаметр 6 см и толщина 1 см. По команде системы 10 синхронизации открывается клапан 12, а спустя несколько миллисекунд ускоряющий газ через клапан 5 подается в ствол и вылетает в систему дифференциальной откачки. Когда давление газа в стволе падает до давления в тройной точке водорода (54 Торр), клапан 12 закрывается. Импульс тепла от ускоряющего газа длительностью около 10 мс разогревает медные втулки 2 и 9 и находящийся в них водород до температуры, превышающей тройную точку водорода (14 К). Жидкий водород под действием давления, превышающего давление насыщенного пара, и собственного веса стекает в цилиндрический канал пористой втулки, в котором давление газа практически равно давлению насыщенного пара водорода, а его место занимает порция из системы подачи топливного газа. Растеканию жидкого водорода внутри ствола препятствует сила поверхностного натяжения (отношения коэффициента поверхностного натяжения к плотности для жидкого водорода и для воды близки по величине). Постоянное интенсивное охлаждение втулок 2 и 9 приводит к полному промерзанию жидкой макрочастицы спустя 0,1 с после заполнения канала пористой втулки жидким водородом, замерзает и новая порция топлива, поступившая из системы 6 в пористую втулку. По команде системы синхронизации открывается клапан 12, газ при давлении 54 Торр откачивается из ствола системой 11, затем открывается клапан 5 и ускоряющий газ попадает в ствол и ускоряет макрочастицу 13. Система дифференциальной откачки вакуумирует ствол до давления 54 Торр, клапан 12 закрывается и цикл повторяется. Длительность цикла инжекции может составлять доли секунд, что увеличивает частоту инжекции в сотни раз.
Формула изобретения
Легкогазовый инжектор топливных макрочастиц для термоядерных установок, содержащий расположенные в вакуумной камере ствол с соосно установленной охлаждаемой втулкой, гелиевым теплообменником, систему подачи в ствол ускоряющего газа с импульсным клапаном, систему напуска топливного газа, систему синхронизации и систему дифференциальной откачки, отличающийся тем, что, с целью увеличения частоты инжекции, внутри охлаждаемой втулки соосно стволу размещена теплопроводная пористая втулка с образованием теплового контакта с охлаждаемой втулкой, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность пористой втулки совпадает с внутренней поверхностью ствола, а ее внешняя поверхность соединена с системой подачи топливного газа.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 04.04.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 19-2003
Извещение опубликовано: 10.07.2003
