Бланкет термоядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной технике, а конкретно к конструкции бланкета термоядерного реактора. Бланкет термоядерного реактора содержит первую стенку, которая параллельными пазами поделена на участки, внутри каждого из которых выполнен канал системы охлаждения первой стенки, соединенную диффузионной сваркой со стальным основанием, глубина пазов выбрана равной не менее 3/4 толщины первой стенки, но меньше толщины первой стенки, основание пазов покрыто материалом, обладающим более высокими механическими свойствами, чем бронза. Основание пазов имеет цилиндрическую форму, и при этом в основании паза может быть помещена стальная трубка. Техническим результатом изобретения является компенсация циклических нагрузок при большем числе циклов до "разрушения", что увеличивает ресурс работы бланкета, а упрощение технологии изготовления первой стенки повышает экономичность бланкета. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к конструкции бланкета термоядерного реактора (ТЯР).

Известна конструкция бланкета термоядерного реактора, содержащего первую стенку из стали, выполненную с радиационно-защитным покрытием и с каналами для прохождения охлаждающей среды (см. "Plasma facing componets", ITER CONCEPT DEFINITION, Vol. 2 IAEA, Vienna. 1989, p.290-295).

Недостатком данной конструкции является неспособность воспринимать от плазмы тепловые потоки высокой плотности (10 МВт/м и более) при большей частоте теплосмен, которые рассматриваются в современных проектах ТЯР, что делает невозможным использование известной конструкции в таких реакторах.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является бланкет термоядерного реактора, содержащий первую стенку, которая параллельными пазами поделена на участки, внутри каждого из которых выполнен канал системы охлаждения первой стенки, соединенную диффузионной сваркой со стальным основанием (см. патент ЕПВ N 0117136, приор. 17.02.84., МПК G 21 B 1/00). Первая стенка выполнена из нержавеющей стали, облицована керамическими плитками, которые прикреплены к первой стенке припоем и разделены зазорами.

Главный недостаток указанной конструкции обусловлен вероятностью появления дефектов в процессе диффузионной сварки первой стенки с основанием, например, в виде "непроваров", в том числе и в местах выполнения пазов. В случае возникновения такой ситуации вынуждены производить отбраковку практически готового к эксплуатации бланкета, что неприемлемо с экономической точки зрения. Кроме этого, в пазах, выполненных в нержавеющей стали, поверхности основания пазов становятся концентраторами циклических напряжений, что снижает ресурс первой стенки и бланкета в целом.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение экономических показателей и надежности бланкета ТЯР.

Использование данного изобретения позволяет уменьшить вероятность изготовления "бракованных" бланкетов, увеличить количество циклов до разрушения первой стенки и упростить технологию ее изготовления.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в бланкете термоядерного реактора, содержащем первую стенку, параллельными пазами поделенную на участки, внутри каждого из которых выполнен канал системы охлаждения первой стенки, соединенную диффузионной сваркой со стальным основанием, первая стенка изготовлена из бронзы, а глубина пазов выбрана равной не менее 3/4 толщины первой стенки, но меньше толщины первой стенки.

Кроме этого, основание пазов покрыто материалом, обладающим более высокими механическими свойствами, чем бронза.

Кроме этого, основание пазов имеет цилиндрическую форму.

Кроме этого, в основании пазов помещена стальная трубка.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено поперечное сечение фрагмента бланкета термоядерного реактора Согласно чертежа предлагаемое техническое решение включает в себя бланкет 1 термоядерного реактора, который содержит первую стенку 2 из бронзы и соединенную с ней диффузионной связкой стальное основание 3, выполненное с каналами 4 для прохождения охлаждающей среды. Первая стенка 2 поделена параллельными пазами 5 на участки, внутри которых выполнен канал 6 системы охлаждения первой стенки 2. Глубина пазов 5 выбрана равной не менее 3/4 толщины первой стенки 2, но меньше толщины первой стенки.

В основании пазов 5 могут быть помещены трубки 7, изготовленные из материала, обладающего более высокими механическими свойствами, чем бронза, например из стали.

Предложенная конструкция бланкета термоядерного реактора функционирует следующим образом.

В бланкете 1 термоядерного реактора зажигают плазму. Излучения плазмы воздействуют на поверхность первой стенки 2. Воспринимая внешний тепловой поток и нейтронное излучение, первая стенка 2 поглощает их и нагревается. Для обеспечения работоспособности бланкета 1 первая стенка 2 охлаждается теплоносителем, который поступает от внешней системы охлаждения и циркулирует по каналам 6. Циклический режим работы, характерный для термоядерного реактора, ведет к появлению усталостных напряжений в конструкции. Пазы 5 компенсируют термические напряжения первой стенки 2. Выполнение пазов 5 на глубину больше 3/4 толщины первой стенки, но непревышающей толщины первой стенки 2, исключает оголение "непроваров" между первой стенкой 2 и основанием 3 и тем самым исключает опасность изготовления "бракованного" бланкета. Поскольку бронза, имея хорошие теплопроводящие характеристики, обладает невысокими прочностными свойствами, основания пазов 5 покрывают материалом, обладающим более высокими механическими свойствами, чем бронза. Это позволяет первой стенке выдержать большее количество циклов "до разрушения" и тем самым увеличить ресурс работы бланкета. Однако, как показывают результаты расчетов, такое решение позволяет лишь незначительно увеличить ресурс, поэтому дополнительно основания пазов 5 выполняют цилиндрической формы. В результате этого ресурс работы бланкета может увеличиться на порядок.

Изготовление первой стенки 2 связано с выполнением каналов 6 охлаждения, а также пазов 5, для этого из бронзы изготавливают три части стенки: толщина первой части составляет 1/2, а вторая и третья части по 1/4 от суммарной толщины первой стенки 2. В первой и второй частях выполнены полуканалы для труб охлаждения 6. Чтобы упростить процесс покрытия основания пазов 5 материалом с более высокими механическими свойствами и избежать использования сложного оборудования и больших трудозатрат, целесообразно до диффузионной сварки во второй и третьей частях первой стенки 2 в местах будущего расположения основания пазов 5 выполнить дополнительные полуканалы, в которые перед сваркой закладывают стальные трубки 7. Пазы 5 в первой стенке 2 выполняются после сварки таким образом, чтобы они открылись во внутрь заложенных стальных трубок 7.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет исключить возможность изготовления "бракованного" бланкета, что повышает экономические показатели термоядерного реактора Кроме этого, изобретение повышает надежность бланкета за счет обеспечения компенсации циклических нагрузок, что увеличивает ресурс работы бланкета. Предлагаемое изобретение позволяет к тому же упростить технологию изготовления первой стенки.

Формула изобретения

1. Бланкет термоядерного реактора, содержащий первую стенку, соединенную диффузионной сваркой со стальным основанием и разделенную параллельными пазами на участки, внутри каждого из которых выполнен канал системы охлаждения первой стенки, отличающийся тем, что первая стенка выполнена из бронзы, а глубина пазов выбрана равной не менее 3/4 толщины первой стенки, но меньше толщины первой стенки.

2. Бланкет по п.1, отличающийся тем, что основание пазов покрыто материалом, обладающим более высокими механическими свойствами, чем бронза.

3. Бланкет по п.1 или 2, отличающийся тем, что основание пазов имеет цилиндрическую форму.

4. Бланкет по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в основании пазов помещена стальная трубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1